高中物理選修3-1磁場 復習 提綱+例題.ppt

物理3 1磁場復習 一 磁場的產生 1 產生 磁體 磁極 電流 運動電荷 2 電本質 磁體 安培分子電流假說 電流 所有磁場都是運動電荷 電流 產生 分子電流大小 3 磁現象 磁極間相互作用 同名相斥 異名相吸 電流間相互作用 同向相吸 反向相斥 磁場對電流作用 安培力 左手定則 磁場對運動電荷作用 洛倫茲力 二 磁感線 1 2 特點 對于磁體 外部N S 內部S N 右手螺旋定則 安培定則 B線疏密程度B大小 B線的切線B方向 不相交 不中斷 閉合 3 常見電流的磁場 磁感線 直線電流 電流的磁效應 奧斯特 環(huán)形電流 螺線管電流 4 常見 磁體 的磁場 勻強磁場 條形磁鐵 蹄形磁鐵 地磁場 同條形磁鐵 地磁場N極在地理南極 S極在地理北極赤道B水平向北南半球B斜向上 北半球B斜向下 三 磁感應強度B 1 定義式 2 單位 特斯拉 T 3 矢量性 定量描述磁場的強弱 磁感應強度B的方向 磁場方向 規(guī)定 小磁針N極的受力方向 靜止時N極指向 磁感線的切線 五 磁場對電流的作用 1 安培力 大小 方向 左手定則 一般情況 F IL B ILB 當I B F最大 F ILB 當I B F 0 3 解題一般步驟 判斷安培力方向 其它力受力分析 注意選擇視圖 視角 將立體受力圖應轉化成平面圖 列力學方程 列電學輔助方程 解方程及必要的討論 答 平衡方程牛二方程 動能定理 F ILBQ Itu IR F BIL F BIL中的L為有效長度 試指出下述各圖中的安培力的大小 如圖所示 導線abc為垂直折線 其中電流為I ab bc L 導線拓在的平面與勻強磁場垂直 勻強磁場的磁感應強度為B 求導線abc所受安培力的大小和方向 a b c 反饋練習 下列措施可以提高電流表線圈的靈敏度的是 注 電表的靈敏度可以表示為 I NBS k A 增加線圈的匝數 B 增強磁極間的磁感應強度 C 減小線圈的電阻 D 換用不易扭轉的彈簧 AB 安培力作用下物體的運動情況分析 問題歸納 畫出導線所在處的磁場方向確定電流方向根據左手定則確定受安培力的方向根據受力情況判斷運動情況 6 在垂直紙面向里的勻強磁場B中 有一個垂直磁感線的環(huán)形線圈 通有順時針電流I 如圖所示 則下列敘述中正確的是A 環(huán)形線圈所受的磁力的合力為零B 環(huán)形線圈所受的磁力的合力不為零C 環(huán)形線圈有收縮的趨勢D 環(huán)形線圈有擴張的趨勢 AD 課堂練習 1 把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方 導線可以自由轉動 當導線通入圖示方向電流I時 導線的運動情況是 從上往下看 A 順時針方向轉動 同時下降B 順時針方向轉動 同時上升C 逆時針方向轉動 同時下降D 逆時針方向轉動 同時上升 I 反饋練習 C 電流微元法 B F 特殊位置法分析運動 I 等效法分析運動 N S 2 如圖所示 在條形磁鐵S極附近懸掛一個線圈 線圈與水平磁鐵位于同一平面內 當線圈中電流沿圖示方向流動時 將會出現 A 線圈向磁鐵平移B 線圈遠離磁鐵平移C 從上往下看 線圈順時針轉動 同時靠近磁鐵D 從上往下看 線圈逆時針轉動 同時靠近磁鐵 電流微元法 特殊位置法 F F F F I方向 I方向 D 反饋練習 N S 等效法 分析運動 3 如圖兩個同樣的導線環(huán)同軸平行懸掛 相隔一小段距離 當同時給兩導線環(huán)通以同向電流時 兩導線環(huán)將 A 吸引 B 排斥 C 保持靜止 D 邊吸引邊轉動 結論法 同向電流互相吸引 A N N S S 反饋練習 1 繩子拉力 變大 變小 不變 2 桌面對磁鐵的支持力 3 桌面對磁鐵的摩擦力 有 無 變大 變小 無 桌面對磁鐵有無摩擦力 有 無 方向 有 水平向右 f 反饋練習 10 討論下圖中通電導體棒ab在不計重力的情況下 將如何運動 課堂練習 此題可以采用電流元法 也可采用等效法 法一 等效法 把通電線圈等效成小磁針 由安培定則 線圈等效成小磁針后 左端是N極 右端是S極 同名磁極相吸斥 線圈向右運動 法二 電流元法 如圖所示 取其中的上 下兩小段分析 根據其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左 故線圈向右運動 題后反思 在用電流元法分析問題時 要在對稱的特殊位置選取電流元 5 如圖所示 一條勁度系數較小的金屬彈簧處于自由狀態(tài) 當彈簧通以電流時 彈簧將 縱向收縮 徑向膨脹 縱向伸長 徑向收縮 縱向收縮 徑向收縮 縱向伸長 徑向膨脹 A 推論分析法 反饋練習 變式訓練2 2011年哈師大附中高二期中 如圖3 4 14所示 兩根垂直紙面 平行且固定放置的直導線M和N 通有同向等值電流 沿紙面與直導線M N等距放置的另一根可自由移動的通電導線ab 則通電導線ab在安培力作用下運動的情況是 圖3 4 14 A 沿紙面逆時針轉動B 沿紙面順時針轉動C a端轉向紙外 b端轉向紙里D a端轉向紙里 b端轉向紙外 D 三 安培力作用下導體運動方向的判斷如果通電導體放置在非勻強磁場中 則不能夠運用F BIL進行定量的計算 但可用F BIL和左手定則進行定性的討論 常用的方法有以下幾種 1 電流元分析法把整段電流等效分成很多段直線電流元 先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向 從而判斷出整段電流所受合力的方向 最后確定運動方向 注意一般取對稱的兩段電流元分析 2 等效分析法環(huán)形電流可以等效為小磁針 或條形磁鐵 條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流 通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析 3 特殊位置分析法根據通電導體在特殊位置所受安培力的方向 判斷其運動方向 然后推廣到一般位置 4 結論法兩平行直線電流在相互作用過程中 無轉動趨勢 同向電流互相吸引 反向電流互相排斥 兩不平行的直線電流相互作用時 有轉到平行且電流方向相同的趨勢 安培力作用下物體的平衡問題 例題分析 例 在傾斜角為 的光滑斜面上 置一通有電流I 長為L 質量為m的導體棒 如圖所示 在豎直向上的磁場中靜止 則磁感應強度B為 F B FN mg 例題分析 引申1 欲使它靜止在斜面上 外加磁場的磁感應強度B的最小值為 方向 引申2 欲使它靜止在斜面上 且對斜面無壓力 外加磁場的磁感應強度B的最小值為 方向 mg FN F mg 方向垂直斜面向上 F B 水平向左 四 安培力作用下的平衡問題1 安培力作為通電導體所受的外力參與受力分析 產生了通電導體在磁場中的平衡 加速及做功問題 這類問題與力學知識聯系很緊密 解題時把安培力等同于重力 彈力 摩擦力等性質力 對物體進行受力分析時 注意安培力大小和方向的確定 求解時注意對力學中靜力學 動力學及功和能等有關知識的綜合應用 2 在安培力作用下的物體平衡的解決步驟和前面學習的共點力平衡相似 一般也是先進行受力分析 再根據共點力平衡的條件列出平衡方程 其中重要的是在受力分析過程中不要漏掉了安培力 3 與閉合電路歐姆定律相結合的題目 主要應用 1 閉合電路歐姆定律 2 安培力公式F ILB 3 物體平衡條件 特別提醒 1 安培力作為一種性質力 在受力分析時要單獨分析 不可與其他力混為一談 2 為方便對問題的分析和便于列方程 在受力分析時先將立體圖畫成平面圖 即面成俯視圖 剖面圖或側視圖等 如圖所示 金屬桿ab的質量為m 長為L 通過的電流為I 處在磁感應強度為B的勻強磁場中 結果ab靜止在水平導軌上 若磁場方向與水平導軌成 角 求 1 棒ab受到的摩擦力 2 棒對導軌的壓力 反饋練習 答案 1 Ff BILSin 2 FN mg BILCos 14 如圖所示 兩平行光滑導軌相距0 2m 與水平面夾角為45 金屬棒MN的質量為0 1kg 處在豎直向上磁感應強度為1T的勻強磁場中 電源電動勢為6V 內阻為1 為使MN處于靜止狀態(tài) 則電阻R應為多少 其他電阻不計 課堂練習 答案 R 0 2 六 洛倫茲力 1 磁場力 2 洛倫茲力大小 安培力 洛倫茲力 磁場對電流作用 宏觀 一般位置 f qV B qVB 當V B f最大 f qVB 當V B f 0 與正電荷速度同向與負電荷速度反向 注意四指方向 電流方向 磁場對運動電荷作用 微觀 3 洛倫茲力方向 左手定則 類似安培力 七 帶電粒子在勻強磁場中的運動 1 當V B f 0 勻速運動 2 當V B 洛倫茲力總是垂直速度 永遠不會做功 運動周期 運動性質 勻速圓周運動 f為向心力 軌道半徑 3 解題思路 勻速圓周運動 圓心半徑的確定 運動軌跡中任兩點的切線的垂線交點即為圓心 飛行時間的確定 周期 圓心角 回旋角等于偏向角 運動時間 t 360 T 八 綜合應用實例分析 1 速度選擇器 與粒子的質量 電量及正負無關 E B V Eq Eq qVB qVB 2 質譜儀 測定荷質比 元素鑒定分析 3 回旋加速器 極板間交變電場周期T等于回旋周期T回 交變電場中的 加速 運動時間忽略 N為回旋周期數 d R 二 回旋加速器 1 帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場的變化周期 粒子每經過一個周期 被電場加速二次 2 將帶電粒子在狹縫之間的運動首尾連接起來是一個初速度為零的勻加速直線運動 3 帶電粒子每經電場加速一次 回旋半徑就增大一次 每次增加的動能為所有各次半徑之比為 4 對于同一回旋加速器 其粒子的回旋的最大半徑是相同的 三 綜合應用類型題歸納 1 直線運動 2 圓周運動 受力平衡 勻速直線運動 如 速度選擇器 霍爾效應 磁流體 電磁流量計 只討論勻強磁場 勻強電場 磁場 重力場中 勻速圓周運動 4 帶電粒子在有界磁場中運動問題分類解析 五 帶電粒子在環(huán)狀磁場中的運動 一 兩個具體問題 1 圓心的確定 1 已知兩個速度方向 可找到兩條半徑 其交點是圓心 2 已知入射方向和出射點的位置 通過入射點作入射方向的垂線 連接入射點和出射點 作中垂線 交點是圓心 2 運動時間的確定 2 關鍵 確定圓心 半徑 圓心角 1 若電子后來又經過D點 則電子的速度大小是多少 2 電子從C到D經歷的時間是多少 電子質量me 9 1x10 31kg 電量e 1 6x10 19C 8 0 x106m s6 5x10 9s 1 帶電粒子在無界磁場中的運動 例1 如圖直線MN上方有磁感應強度為B的勻強磁場 正 負電子同時從同一點O以與MN成30 角的同樣速度v射入磁場 電子質量為m 電荷為e 它們從磁場中射出時相距多遠 射出的時間差是多少 M N B O v 答案為射出點相距 時間差為 關鍵是找圓心 找半徑和用對稱 2 帶電粒子在半無界磁場中的運動 練習1 一個負離子 質量為m 電量大小為q 以速率v垂直于屏S經過小孔O射入存在著勻強磁場的真空室中 如圖所示 磁感應強度B的方向與離子的運動方向垂直 并垂直于圖1中紙面向里 1 求離子進入磁場后到達屏S上時的位置與O點的距離 2 如果離子進入磁場后經過時間t到達位置P 證明 直線OP與離子入射方向之間的夾角 跟t的關系是 例2 一個質量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P a 0 點以速度v 沿與x正方向成60 的方向射入第一象限內的勻強磁場中 并恰好垂直于y軸射出第一象限 求勻強磁場的磁感應強度B和射出點的坐標 y x o B v v a O 射出點坐標為 0 例 一束電子 電量為e 以速度V0垂直射入磁感應強度為B 寬為d的勻強磁場中 穿出磁場時速度方向與電子原來入射方向成300角 求 電子的質量和穿過磁場的時間 B v0 e 30度 d 小結 1 兩洛倫茲力的交點即圓心2 偏轉角 初末速度的夾角 3 偏轉角 圓心角 3 穿過矩形磁場區(qū)的運動 例 兩板間 長為L 相距為L 存在勻